JP2979775B2 - 歯車のバックラッシ測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は歯車のバックラッシを測
定する装置に関するものであり、特に、測定精度の向上
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】互に噛み合う２個の歯車の間にはバック
ラッシが必要であるが、バックラッシの大きさは、歯と
歯とがぶつかる衝突音の発生，歯車の破損，回転位相誤
差等の原因になり、歯車の良否を左右する。そのため、
バックラッシを測定し、その測定結果に基づいてバック
ラッシの大きさを調整する等、適宜の処理が行われるよ
うになっている。従来のバックラッシ測定装置には例え
ば、実開昭６１−１２２５１５号公報に記載されている
ように、第一歯車を有する第一軸と第二歯車を有する第
二軸とを、第一歯車と第二歯車とが噛み合い、第一軸が
回転不能で、第二軸が回転可能な状態で軸受を介して支
持装置に支持させ、第二軸をモータにより正逆両方向に
それぞれ回転させて、第二軸に加えられる回転トルクと
第二軸の回転角度とに基づいてバックラッシを算出する
装置がある。第二軸が回転させられるとき、バックラッ
シ分回転させられる間は第一歯車と第二歯車とが当接せ
ず、第二軸に加えられる回転トルクはほぼ０であるのに
対し、第一，第二歯車が当接すれば第二軸の回転トルク
が回転角度に比例して増大する。したがって、回転トル
クが０である間の回転量がバックラッシに相当すること
となる。この回転量は、第二軸が正逆両方向にそれぞれ
回転させられるときに回転トルクが０から立ち上がる際
の回転角度の差であり、回転トルクとこれら回転角度と
に基づいて回転トルクが０である間の回転量を算出する
ことにより、バックラッシを求めることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにしてバックラッシを測定する場合、測定値にばらつ
きがあり、測定精度が悪い問題があった。第二軸を支持
する軸受がすべり軸受である場合、第二軸と軸受との間
には必然的に隙間があるため、第二軸が軸受内を移動す
る。この移動は、上記隙間に形成される油膜により止め
られるのであるが、第二軸が安定する位置にはばらつき
があり、そのばらつきがバックラッシの測定値のばらつ
きとなり、測定精度が低下するのである。本発明は、歯
車のバックラッシを精度良く測定することができる測定
装置を提供することを課題として為されたものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る歯車のバッ
クラッシ測定装置は、上記の課題を解決するために、
（ａ）第一歯車を有する第一軸と第二歯車を有する第二
軸とを、第一歯車と第二歯車とが噛み合い、第一軸が回
転不能で、第二軸が回転可能な状態ですべり軸受を介し
て支持する支持装置と、（ｂ）第二軸をその軸線まわり
に回転させる回転駆動手段と、（ｃ）第二軸をすべり軸
受の内面の予め定められた位置に押し付ける押圧手段
と、（ｄ）回転駆動手段によって第二軸に加えられる回
転トルクと第二軸の回転角度とに基づいてバックラッシ
を算出するバックラッシ算出手段とを含むように構成さ
れる。

【０００５】

【作用】このように構成されたバックラッシ測定装置に
よりバックラッシを測定する際には、第二軸を押圧手段
によりすべり軸受の内面の予め定められた位置に押し付
け、その状態で回転駆動手段により回転させる。第二軸
に加えられる回転トルクが０である間の回転角度がバッ
クラッシを表し、これら回転トルクおよび回転角度に基
づいてバックラッシを求めることができる。バックラッ
シは、第二軸の回転角度で求めてもよく、距離で求めて
もよい。

【０００６】

【発明の効果】このように本発明に係るバックラッシ測
定装置によれば、第二軸は押圧手段によりすべり軸受の
内面に押し付けられた状態で回転させられるが、この押
付け位置は予め定められた一定の位置であり、第二軸の
軸受内における位置のばらつきによる測定誤差が生じな
くなる。すべり軸受の内面の第二軸が押し付けられる位
置によっては、測定されたバックラッシ中に、第二軸と
軸受との間の隙間に対応する距離が含まれることとなる
が、この隙間の大きさが常に一定となり、バックラッシ
の測定値をばらつかせることがなくなるのであり、バッ
クラッシを精度良く測定することができる。

【０００７】

【実施例】以下、エンジンのクランクシャフト，バラン
スシャフトおよびそれらに設けられた歯車を含む歯車装
置におけるバックラッシを測定する場合を例に取り、図
面に基づいて詳細に説明する。

【０００８】図２において１０はクランクシャフトであ
る。クランクシャフト１０は、４個のクランクピン１
２，５個のクランクジャーナル１４および４組のバラン
スウェイト１６を有し、クランクジャーナル１４におい
てブロック１８により回転可能に支持されている。な
お、ブロック１８は概略の形状が二点鎖線で示されてい
る。このクランクシャフト１０には歯車２０が一体的に
取り付けられ、第一バランスシャフト２４に取り付けら
れた歯車２６に噛み合わされている。第一バランスシャ
フト２４は、ブロック１８上にシム２７を介して取り付
けられたフレーム２８（概略の形状のみが二点鎖線で示
されている）によりクランクシャフト１０の軸線と平行
な軸線まわりに回転可能に支持されており、図３に示す
ように、歯車２６はクランクシャフト１０の歯車２０の
他、第二バランスシャフト３０の歯車３２に噛み合わさ
れている。歯車２６と歯車３２とは歯幅が異なり、歯車
３２はクランクシャフト１０の歯車２０とは軸線方向に
おいてずれた位置において歯車２６に噛み合わされてお
り、歯車３２と２０とは噛み合わない。

【０００９】また、第一，第二バランスシャフト２４，
３０にはそれぞれ、ウェイト３３，３５が取り付けられ
ている。これら第一，第二バランスシャフト２４，３０
は、エンジン作動時に生ずる二次振動を除去するための
ものであり、それぞれ軸部においてフレーム２８に取り
付けられたすべり軸受により回転可能に支持されてい
る。

【００１０】クランクシャフト１０が第一歯車としての
歯車２０を有する第一軸として機能し、第一バランスシ
ャフト２４が第二歯車としての歯車２６を有する第二軸
として機能し、ブロック１８およびフレーム２８が歯車
装置本体３４を構成している。ブロック１８によりクラ
ンクシャフト１０を支持して成るクランクシャフトアッ
センブリ３７と、フレーム２８により第一，第二バラン
スシャフト２４，３０を支持して成るバランスシャフト
アッセンブリ３８とがシム２７を介して組み付けられ、
歯車装置３６を構成しているのである。

【００１１】次に、上記クランクシャフト１０の歯車２
０と第一バランスシャフト２４の歯車２６との間のバッ
クラッシを測定するバックラッシ測定装置４０を図１に
基づいて説明する。この測定装置４０のベース４１の中
央には、歯車装置３６を位置決め支持する支持台４２が
設けられている。ベース４１上にはまた、支持台４２上
に位置決めされた歯車装置３６のクランクシャフト１０
の軸線方向において互に隔たった両端部にはそれぞれ、
２本ずつの案内筒４４が立設されるとともにガイドロッ
ド４６が軸方向に摺動可能に嵌合されている。

【００１２】これら４本のガイドロッド４６の上端には
支持板４８が固定され、２本ずつのガイドロッド４６の
間の位置にはそれぞれ昇降用シリンダ５０が下向きに固
定されている。これら昇降用シリンダ５０の各ピストン
ロッドの下端部は、図示は省略するが、２本ずつの案内
筒４４を連結する連結部材に固定されている。ピストン
ロッドは位置固定であり、昇降用シリンダ５０の２個の
空気室に択一的にエアが供給されることによりシリンダ
本体が昇降し、支持板４８を昇降させる。この支持板４
８の下面には、ブラケット５４によりクランクシャフト
固定用チャック５６が取り付けられている。クランクシ
ャフト固定用チャック５６は、チャック移動装置５８に
より、支持台４２上に位置決めされた歯車装置３６のク
ランクシャフト１０の軸線と平行な方向に移動させられ
る。このチャック５６は、クランクシャフト１０を回転
不能に把持するものであり、クランクシャフト１０およ
び第一バランスシャフト２４を回転可能に支持する歯車
装置本体３４と共に支持装置を構成している。

【００１３】上記支持板４８には、フローティング機構
６０を介して測定ユニット６２が取り付けられている。
支持板４８には、一対の案内筒６４が歯車装置３６の第
一バランスシャフト２４の軸線方向に距離を隔てた位置
に下方に延び出す向きに固定されるとともに、それぞれ
吊りロッド６６が軸方向に相対移動可能かつ半径方向に
隙間を残して嵌合され、フローティング機構６０を構成
している。これら案内筒６４の上端開口には、開口側ほ
ど径が漸増するテーパ内周面６８が形成され、吊りロッ
ド６６の大径の頭部７０には、テーパ内周面６８に対応
するテーパ外周面７２が形成されている。

【００１４】上記２本の吊りロッド６６の下端部には台
板７４が固定され、その台板７４の下面に回転駆動手段
としてのバランスシャフト回転駆動用モータ７６が取り
付けられている。このモータ７６は軸線が、支持台４２
上に位置決めされた歯車装置３６の第一バランスシャフ
ト２４の軸線と平行となる姿勢で取り付けられており、
エンコーダ７８によって回転位置が測定される。モータ
７６の出力軸にはボールスプラインを介してチャック８
０が相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に取り付け
られており、チャック移動装置８１（図４参照）により
軸方向に移動させられる。台板７４にはまた、バランス
シャフト回転駆動用モータ７６の軸線と同心にセンタ８
２が取り付けられている。このセンタ８２は、センタ移
動装置８４によりその軸線方向に移動させられる。

【００１５】前記支持板４８には、一対の装置本体押さ
え用シリンダ８６が第一バランスシャフト２４の軸線方
向に距離を隔てた位置にそれぞれ、下方に延び出す向き
に固定されている。これらシリンダ８６の各ピストンロ
ッド８８は、台板７４に形成されたピストンロッド８８
の先端部より大径の貫通穴９０を通って、その先端部が
歯車装置３６のフレーム２８に至るようにされている。

【００１６】支持板４８にはまた、バランスシャフト押
さえ用シリンダ９４が取り付けられている。バランスシ
ャフト押さえ用シリンダ９４のピストンロッド９６は、
支持板４８から下方に延び出させられるとともに、台板
７４に形成された大径の貫通穴９８を通って台板７４の
下方に突出させられており、その突出端部には、コの字
形断面の押さえ部材１００が軸１０２により、第一バラ
ンスシャフト２４の軸線と直交する水平軸線まわりに回
動可能に取り付けられている。押さえ部材１００のコの
字の両側壁１０４の各先端は、軸１０２の軸線に平行な
直線を中心とする部分円筒面とされ、支持台４２上に位
置決めされた第一バランスシャフト２４のフレーム２８
から突出した両端部にそれぞれ対向させられる。したが
って、押さえ部材１００は、ピストンロッド９６の伸長
により下降して第一バランスシャフト２４の軸部を鉛直
方向において下向きに押し、常に軸受の内面の真下の位
置に押し付ける。バランスシャフト押さえ用シリンダ９
４および押さえ部材１００が押圧手段を構成しているの
である。

【００１７】本バックラッシ測定装置４０は、図４に示
す制御装置１１０によって制御される。制御装置１１０
は、ＣＰＵ１１２，ＲＯＭ１１４，ＲＡＭ１１６および
それらを接続するバス１１８を有するコンピュータを主
体とするものである。バス１１８には入力インタフェー
ス１２０が接続され、エンコーダ７８が接続されてい
る。バス１１８にはまた、出力インタフェース１２４が
接続され、駆動回路１２６，１２８，１３０，１３２，
１３４，１３６，１３８，１４０を介して昇降用シリン
ダ５０，クランクシャフト固定用チャック５６，チャッ
ク移動装置５８，バランスシャフト回転駆動用モータ７
６，チッャク移動装置８１，センタ移動装置８４，装置
本体押さえ用シリンダ８６，バランスシャフト押さえ用
シリンダ９４が接続されている。また、ＲＯＭ１１４に
は、バックラッシ測定装置４０の作動を制御するプログ
ラムおよびバックラッシを算出するためのプログラムが
記憶されている。

【００１８】以上のように構成されたバックラッシ測定
装置４０によってクランクシャフト１０の歯車２０と第
一バランスシャフト２４の歯車２６とのバックラッシを
測定する場合には、まず、歯車装置３６が支持台４２上
に位置決めされる。この際、支持板４８は上昇端位置に
あり、吊りロッド６６の頭部７０が案内筒６４のテーパ
内周面６８に着座し、測定ユニット６２は支持板４８に
対して位置決めされて吊り下げられた状態にある。ま
た、装置本体押さえ用シリンダ８６，バランスシャフト
押さえ用シリンダ９４の各ピストンロッド８８，９６は
それぞれ収縮端位置にあり、クランクシャフト固定用チ
ャック５６，チャック８０およびセンタ８２はそれぞれ
後退端位置にある。

【００１９】歯車装置３６が支持台４２上に位置決めさ
れたならば、支持板４８が下降させられる。この下降端
位置は、バランスシャフト回転駆動用モータ７６および
センタ８２の軸線が第一バランスシャフト２４の軸線よ
り僅かに下方に位置するように設定されている。下降
後、装置本体押さえ用シリンダ８６のピストンロッド８
８が伸長させられてフレーム２８をブロック１８に押し
付ける。その状態でセンタ８２が前進させられて第一バ
ランスシャフト２４の端面のセンタ穴に嵌入する。セン
タ８２は、その軸線が第一バランスシャフト２４の軸線
より僅かに下方に位置するため、第一バランスシャフト
２４と係合するとき、僅かに上昇して第一バランスシャ
フト２４と同軸になる。この上昇は台板７４が支持板４
８に対して上昇することにより許容される。

【００２０】次いで、チャック８０が前進させられて第
一バランスシャフト２４を把持し、バランスシャフト回
転駆動用モータ７６が所定角度回転させられて、歯車２
０，２６がバックラッシ測定位置に回転させられる。回
転後、クランクシャフト固定用チャック５６が前進させ
られてクランクシャフト１０を把持するとともに、バラ
ンスシャフト押さえ用シリンダ９４のピストンロッド９
６が伸長させられ、押さえ部材１００が第一バランスシ
ャフト２４の軸部を下方に押し、すべり軸受の内面の最
下端部に押し付ける。

【００２１】そして、バックラッシを測定するために第
一バランスシャフト２４が回転させられるのであるが、
まず、時計方向に回転させられるとともに２段階に異な
る大きさの回転トルクが加えられる。本実施例において
加えられる回転トルクは、繰り返し誤差の少ない０．２
４kg・ｍおよび０．４kg・ｍであり、これら回転トルク
がそれぞれ加えられたときの第一バランスシャフト２４
の回転位置（エンコーダ７８の出力値）と対応付けて制
御装置１００のＲＡＭ１０６に記憶される。次に第一バ
ランスシャフト２４は反時計方向に回転させられ、０．
２４kg・ｍおよび０．４kg・ｍの回転トルクがそれぞれ
加えられ、その際の回転位置と対応付けてＲＡＭ１０６
に記憶される。なお、繰り返し誤差が少ないとは、同一
の歯車を用いて繰り返しバックラッシの測定テストを行
ったときに検出値に誤差が少ないということである。歯
車２６に加えられた回転トルクと回転位置との関係は図
５に示すグラフで表され（この場合、回転位置は、エン
コーダ７８の出力値が第一バランスシャフト２４のピッ
チ円上の位置に換算されている）、バックラッシを次式
によって求めることができる。 バックラッシ＝α−｛０．４（α−β）／（０．４−０．２４）｝ ただし、 α：第一バランスシャフト２４に時計方向，反時計方向
においてそれぞれ０．４kg・ｍの回転トルクを加えたと
きの各回転位置の差 β：第一バランスシャフト２４に時計方向，反時計方向
においてそれぞれ０．２４kg・ｍの回転トルクを加えた
ときの各回転位置の差

【００２２】第一バランスシャフト２４を時計方向，反
時計方向にそれぞれ回転させたとき、バックラッシ分回
転するときの回転トルクは０であり、この回転トルクが
０である間のピッチ円上の距離を求めることによりバッ
クラッシを求めることができるのである。第一バランス
シャフト２４は押さえ部材１００によって下方に押さえ
られることにより、常にすべり軸受の内面の最下端部に
押し付けられ、軸受内の位置のばらつきがなく、バック
ラッシを精度良く算出することができる。

【００２３】そして、算出されたバックラッシが設定範
囲内であればバックラッシが適正な大きさであると判断
され、設定範囲外であればシム２７の厚さを変える等に
よりバックラッシを調節する。バックラッシ測定後、バ
ランスシャフト押さえ用シリンダ９４が上昇させられる
とともに、クランクシャフト固定用チャック５６による
クランクシャフト１０の把持が解かれた後、バランスシ
ャフト回転駆動用モータ７６によって第一バランスシャ
フト２４およびクランクシャフト１０が回転させられ、
歯車２０，２６が次のバックラッシ測定位置に回転させ
られる。

【００２４】以上の説明から明らかなように、本実施例
においては、ＲＯＭ１１４のバックラッシ算出用のプロ
グラムを記憶する部分ならびにＣＰＵ１１２およびＲＡ
Ｍ１１６のそのプログラムを実行する部分がエンコーダ
７８と共にバックラッシ算出手段を構成しているのであ
る。

【００２５】なお、上記実施例においては、軸線が互に
平行にかつ水平に設けられたクランクシャフト１０およ
び第一バランスシャフト２４にそれぞれ取り付けられた
歯車２０，２６のバックラッシを測定する場合を例に取
って説明したが、本発明に係るバックラッシ測定装置
は、第一，第二軸の軸線が互に平行であるが、水平以外
の方向に設けられた第一，第二歯車のバックラッシの測
定や、第一，第二軸の軸線が互に平行ではない第一，第
二歯車のバックラッシの測定にも使用することができ
る。

【００２６】また、上記実施例において、第一バランス
シャフト２４は軸受の内面の最下端部に押し付けられる
ようになっていたが、他の位置に押し付けるようにして
もよい。

【００２７】さらに、上記実施例において第一バランス
シャフト２４を把持するチャック８０がバランスシャフ
ト回転駆動用モータ７６に対して軸方向に移動させられ
るようになっていたが、チャック８０をモータ７６に軸
方向に相対移動不能に取り付けるとともに、モータ７６
を台板７４に軸方向に移動可能に取り付け、チャック８
０をモータ７６ごと移動させてもよい。

【００２８】その他、特許請求の範囲を逸脱することな
く、当業者の知識に基づいて種々の変形，改良を施した
態様で本発明を実施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるバックラッシ測定装置
を示す正面図である。

【図２】上記バックラッシ測定装置によりバックラッシ
が測定される歯車が設けられたエンジンのクランクシャ
フトおよび第一バランスシャフトを示す正面図である。

【図３】上記クランクシャフトの歯車と第一，第二バラ
ンスシャフトの歯車との噛み合いを概略的に示す図であ
る。

【図４】上記バックラッシ測定装置を制御する制御装置
の構成を示す図である。

【図５】上記バックラッシ測定装置によりバックラッシ
を測定する際に上記第一バランスシャフトに加えられる
回転トルクと回転位置との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ クランクシャフト ２０ 歯車 ２４ 第一バランスシャフト ２６ 歯車 ３４ 歯車装置本体 ３６ 歯車装置 ４０ バックラッシ測定装置 ５６ クランクシャフト固定用チャック ７６ バランスシャフト回転駆動用モータ ９４ バランスシャフト押さえ用シリンダ １００ 押さえ部材 １１０ 制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白井 良典 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 下之薗 勝紀 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01M 13/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第一歯車を有する第一軸と第二歯車を有
   する第二軸とを、第一歯車と第二歯車とが噛み合い、第
   一軸が回転不能で、第二軸が回転可能な状態ですべり軸
   受を介して支持する支持装置と、 前記第二軸をその軸線まわりに回転させる回転駆動手段
   と、 前記第二軸を前記すべり軸受の内面の予め定められた位
   置に押し付ける押圧手段と、 前記回転駆動手段によって前記第二軸に加えられる回転
   トルクと第二軸の回転角度とに基づいてバックラッシを
   算出するバックラッシ算出手段とを含むことを特徴とす
   る歯車のバックラッシ測定装置。